QMC5119 – II Semestre de 2014
EXPERIÊNCIA Nº 3
CALOR DE REAÇÃO E CALOR DE SOLIDIFICAÇÃO
1. Introdução:
Nesta experiência você vai poder comparar o calor liberado num processo
físico como a solidificação da cera com o calor de combustão da vela. O calor
gerado na combustão do butano (gás de cozinha), da lenha e do carvão é utilizado
para cozinhar alimentos, gerar vapor para movimentar as turbinas de uma indústria
ou de uma usina termoelétrica, etc.
O calor liberado numa reação química provém do balanço energético da
ruptura de ligações químicas e formação de novas ligações. O rompimento de
ligações químico absorve energia, e a formação de ligações libera energia. Se o
saldo for à liberação de calor para o meio ambiente, temos uma reação exotérmica,
caso contrário, será endotérmica.
Nesta experiência, você montará um calorímetro, que
consiste de uma lata pequena com água. Uma lata maior
será usada para minimizar a perda de calor pelo movimento
do ar (veja figura ao lado).
O calor liberado na combustão de uma vela será,
então, transferido para a água no calorímetro, aumentando
a temperatura da água. Entretanto, uma pequena parte do
calor se dissipa com os gases formados na combustão e
com o ar aquecido.
2. Procedimento:
A. Calor de Combustão da Vela:
1. Pese a vela com suporte e anote a massa na folha de dados. Pese também a
lata vazia e encha-a com água até 2/3. Em seguida pese a lata com água. Anote
todas as massas e utilize sempre a mesma balança.
2. Monte o calorímetro conforme a figura e meça a temperatura da água.
3. Acenda a vela e deixe aquecer a água do calorímetro (a lata pequena) durante
mais ou menos 5 minutos. Após esse intervalo de tempo, apague a vela
soprando-a cuidadosamente para não perder massa. Agite a água devagar com
o termômetro até que a temperatura pare de subir. Anote então a temperatura
mais alta que o termômetro marcar e pese novamente a vela com o suporte.
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• Massa da vela com suporte antes de queimar:
__________ g
• Massa da vela com suporte depois de queimar:
__________ g
• Massa da lata vazia:
__________ g
• Massa da lata com água:
__________ g
• Temperatura da água antes do aquecimento:
__________ oC
• Temperatura da água depois do aquecimento:
__________ oC
B. Calor de solidificação da vela:
Uma quantidade de cera contida em um tubo de ensaio é aquecida até completa
fusão, quando então o tubo com a cera é imerso em um béquer com água. O calor
liberado durante a solidificação da vela será transmitido para a água do béquer
aumentando a temperatura.
1. Pese o tubo com a cera dentro, com precisão de 0,01 g. O tubo de ensaio vazio
já foi pesado e o seu peso está anotado no próprio tubo.
2. Coloque o tubo com a cera dentro da lata pequena a mesma do item A, coloque
água até que toda a cera fique imersa (Figura A), aqueça-a até a sua completa
fusão.
Figura A
Figura B
3. Pese um béquer vazio com precisão de 0,01g. Esse béquer será o calorímetro
da 2ª parte. Coloque água suficiente para cobrir a cera do tubo (Figura B). Meça
a temperatura da água e pese o béquer com a água.
1. Retire o tubo com a cera líquida do banho-maria e espere até que o primeiro
sinal de solidificação apareça (a cera começa a apresentar manchas opacas).
Quando isso acontecer, coloque rapidamente o tubo com a cera no béquer, que
serve de calorímetro, agitando levemente a água com o próprio tubo de ensaio
até notar que a temperatura parou de subir. Anote então a temperatura (a
temperatura máxima).
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• Massa do tubo de ensaio:
__________ g
• Massa do tubo de ensaio com cera:
__________ g
• Massa do béquer vazio:
__________ g
• Massa do béquer com água:
__________ g
• Temperatura da água antes do aquecimento:
__________ oC
• Temperatura da água depois do aquecimento:
__________ oC
C. Calor de Neutralização
Nesta etapa você irá medir o calor de neutralização da reação entre um
ácido forte, HCl (ou HNO3 ou H2SO4) e uma base forte, NaOH. O calorímetro será
um béquer. Todas as soluções estoques são de concentração 1 mol/L, com
exceção do ácido sulfúrico que deve ser 0,5 mol/L.
Coloque o béquer, previamente pesado, dentro de um frasco de isopor e
adicione 50 mL de solução de NaOH 1,0 mol/L e anote a temperatura da solução. A
seguir, adicione 50 mL da solução de HCl 1,0 mol/L e anote a temperatura máxima
atingida. Determine a variação observada na temperatura.
Repita o mesmo procedimento utilizando soluções de NaOH e HCl, ambas em
concentração 0,5 mol/L.
Obs: Considere que todo calor evoluído é absorvido pela solução e pelo
béquer. Considere também a densidade das soluções de ácido e de base
como sendo igual a 1 g/mL e que o calor específico é igual a 1 cal/g.oC.
Calorias, Alimentos, Combustível e Relações de Energia:
Os alimentos que ingerimos em nossa dieta diária, tambem são fontes de energia
pelo nosso corpo, e em calorímetros similares ao do nosso experimento, foi
possível calcular o valor médio de calorias por gramas que cada macronutriente
fornece ao nosso organismo quando metabolizado.
São eles:
Carboidratos Lipídeos Proteínas (Álcool –
4 kcal/g
9 kcal/g
4 kcal/g
7 kcal/g não é um macronutriente)
Assim, por exemplo, conhecendo a composição do alimento, é possível calcular a
quantidade energética deste, como apresentado pela tabela abaixo para três
alimentos. Notar que apesar de estar considerando 100 g de cada alimento, no
caso do espaguete e do ovo, a soma dos macronutrientes é menor que 100, pois a
complementação consiste de água e fibras presente no alimento.
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Alimento (100 g)
Espaguete cozido
kcal
Ovo de galinha
kcal
Bacon
defumado
kcal
Carboidrato - peso x
energia/grama
30 g x 4 kcal
120
1,2 g x 4 kcal
4,8
0 x 4 kcal
0
Gordura - peso x
energia/grama
0,5 g x 9 kcal
4,5
11,1 g x 9 kcal
99,9
100 g x 9 kcal
900
Proteína - peso x
energia/grama
5 g x 4 kcal
20
12,1 g x 4 kcal
48,4
0 x 4 kcal
0
Valor calórico total do
alimento
120 + 4,5 + 20
144,5
4,8 + 99,9 + 48,4
153,1
0 + 900 + 0
900
3. QUESTIONÁRIO:
1. Utilizando os calores específicos da água (c = 1,00 cal/g ºC) e o da lata (c = 0,10
cal/g ºC), e considerando que o calor liberado pela combustão da vela é
totalmente absorvido pela água e lata, calcule a quantidade de calor total de
calor liberado nesta reação. Expresse o resultado em kJ.
Lembre-se; Q = m. c. ∆T
1 cal = 4,18 J
2. Calcule o calor de combustão da vela em kJ/g. Expresse o resultado na forma
da variação de entalpia de combustão, ∆Hcomb.. Lembre-se, ∆H = - calor
liberado a pressão constante (que foi o caso dessa experiência).
3. Na 2ª parte dessa experiência, determine a quantidade de calor transmitida para
a água e para o béquer (c vidro = 0, 12 cal/g ºC) e calcule o calor de solidificação
da cera em kJ/g. Compare e discuta os valores obtidos para os calores de
combustão e de solidificação da vela.
4. Calcule os calores de neutralização para as reações realizadas na etapa C.
Expresse o resultado em termos de kJ/mol. Compare e discuta o seu resultado
com os obtidos da literatura.
5. Sugira como melhorar o nosso calorímetro para que os resultados sejam mais
próximos dos obtidos por um calorímetro ideal, isto é, que todo o calor liberado
na combustão ou na solidificação da vela, seja transmitido para a água do
calorímetro, e que a perda do calor seja mínima.